专题09 第27题 化学反应原理大综合强化训练高考化学三轮冲刺复习教师版.docx

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专题09第27题化学反应原理大综合强化训练高考化学三轮冲刺复习教师版

专题09第27题化学反应原理（强化训练）

1．碳、氮、硫的化合物在生产生活中广泛存在。

请回答：

（1）以CO2与NH3为原料可合成化肥尿素[CO（NH2）2]。

已知：

①2NH3（g）＋CO2（g）=NH2CO2NH4（s）ΔH＝－l59.5kJ·mol-1

②NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）＋H2O（l）ΔH＝－160.5kJ·mol-1

③H2O（l）=H2O（g）ΔH＝＋44.0kJ·mol-1

写出CO2与NH3合成尿素和气态水的热化学反应方程式____________。

（2）T1温度时在容积为2L的恒容密闭容器中只充入1.00molNO2气体发生反应：

2NO（g）+O2（g）

2NO2（g）∆H<0。

实验测得：

v正=k正c2（NO）·c（O2），v逆=k逆c2（NO2），

k正、k逆为速率常数只受温度影响。

不同时刻测得容器中n（NO2）如下表：

时间/s

0

1

2

3

4

5

n（NO2）/mol

1.00

0.80

0.65

0.55

0.50

0.50

①从0～2s该反应的平均速率v（NO2）=___________。

②T1温度时化学平衡常数K=___________mol-1·L。

③化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系是K=___________。

若将容器的温度改变为T2时其k正=k逆，则T1__________T2（填“>”、“<”或“=”）。

（3）常温下，用SO2与NaOH溶液反应可得到NaHSO3、Na2SO3等。

①已知Na2SO3水溶液显碱性，原因是____________________（写出主要反应的离子方程式），该溶液中，c（Na＋）______2c（SO32-）＋c（HSO3-）（填“＞”“＜”或“＝”）。

②在某NaHSO3、Na2SO3混合溶液中HSO3-、SO32-物质的量分数随pH变化曲线如图所示（部分），根据图示，则SO32-的第一步水解平衡常数＝________。

【答案】

（1）2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=-276.0kJ/mol

（2）0.0875mol/（L·s）8k正/k逆<

（3）SO32-＋H2O⇌HSO3-＋OH－＞10－6.8

【解析】

（1）①2NH3（g）+CO2（g）=NH2CO2NH4（s）△H=-l59.5kJ•mol-1，②NH2CO2NH4（s）=CO（NH2）2（s）+H2O（l）△H=-160.5kJ•mol-1，③H2O（l）=H2O（g）△H=+44.0kJ•mol-1，依据热化学方程式和盖斯定律计算①+②+③得到CO2与NH3合成尿素和气态水的热化学反应方程式为2NH3（g）+CO2（g）=CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H=-276.0KJ/mol；

（2）①根据表中数据计算出前2s内v（NO2）=

=

=

=0.0875mol/（L•s）；

②

根据化学平衡常数K1=

=

=0.125，所以2NO（g）+O2（g）⇌2NO2（g）化学平衡常数K=

=8；

③2NO（g）+O2（g）⇌2NO2（g）化学平衡常数K=

，化学反应达到平衡时v正=v逆，即k正c2（NO）•c（O2）=k逆c2（NO2），则

=

=K，即K=

；温度改变为T2时其k正=k逆，则T2时化学平衡常数K=1，小于T1温度时化学平衡常数K=8，即T1→T2时，平衡逆向移动，而2NO（g）+O2（g）⇌2NO2（g）△H＜0，所以温度改变是升高温度，T1＜T2 ；

（3）①亚硫酸根离子水解导致溶液显示碱性，原理是：

SO32-+H2O⇌HSO3-+OH-，所以，该溶液中，c（H+）＜c（OH-），根据电荷守恒，则：

c（Na＋）＞2c（SO32-）＋c（HSO3-）；

②亚硫酸根离子的水解平衡常数K=

，当pH=7.2时，SO32-、HSO3-浓度相等，所以K=c（OH-）=10-6.8。

2．NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NOI.

（1）用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。

例如：

a.CH4（g）+4NO2（g）==4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）∆H1=-574kJ/mol

b.CH4（g）+4NO（g）==2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）∆H2=-1160kJ/mol

①这两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是：

______________。

②有利于提高NOx的平衡转化率的反应条件是：

______________（至少答一条）。

③在相同条件下，CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+2H2O（g）+CO2（g）∆H2=______________kJ/mol

（2）为了提高CH4和NO转化为N2的产率，种学家寻找了一种新型的催化剂。

将CH4和NO按一定比例、一定流速通过装有上述新型催化剂的反应器中，测得N2的产率与温度的关系如图1所示，OA段N2产率增大的原因是______________。

AB段N2产率降低的可能原因是______________（填标号）

A．催化剂活性降低B．平衡常数变大C．副反应增多

（3）N2的产率与

，由图可知

最佳约为____________

II.有人利用反应2C（s）+2NO2（g）

N2（g）+2CO2（g）ΔH=－64.2kJ/mol对NO2进行吸附。

在T℃下，向密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，图为不同压强下上述反应经过相同时间，NO2的转化率随着压强变化的示意图。

用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数（记作Kp）；在T℃、1100KPa时，该反应的化学平衡常数Kp=______________（计算表达式表示）；已知：

气体分压（P分）=气体总压（P总）×体积分数。

【答案】

（1）这两个反应均为放热很大的反应增大CH4浓度或降低温度-867

（2）OA段随着温度的升高，催化剂的活性增强，化学反应速率加快，因此氮气的产率逐渐增大AC（3）4

或

【解析】

（1）①熵增和焓减的反应倾向于自发，所以这两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是这两个反应均为放热很大的反应，故答案为：

这两个反应均为放热很大的反应；

②增大反应物浓度或降低温度，使平衡正向移动，有利于提高NOx的平衡转化率，故答案为：

增大CH4浓度或降低温度；

③已知，a.CH4（g）+4NO2（g）==4NO（g）+CO2（g）+2H2O（g）∆H1=-574kJ/molb.CH4（g）+4NO（g）==2N2（g）+CO2（g）+2H2O（g）∆H2=-1160kJ/mol，根据盖斯定律知，

得CH4（g）+2NO2（g）=N2（g）+2H2O（g）+CO2（g），则∆H2=

，故答案为：

-867；

（2）因为反应物是按一定比例、一定流速通过装有上述新型催化剂的反应器中的，所以产率升高是因为反应速率增大，根据图示分析，OA段随着温度升高，催化剂活性增强，反应速率加快；AB段可能原因为催化剂活性降低，或是副反应增多，反应为放热反应，温度升高时平衡逆向移动，平衡常数减小，故B错误；故答案为：

OA段随着温度的升高，催化剂的活性增强，化学反应速率加快，因此氮气的产率逐渐增大；AC；

（3）由图可知

约为4，产率最高，故答案为：

4；

II.压强越大反应越快，则图中（1100,40）点已经达到平衡状态，设起始时加入NO2的物质的量为1mol，则

根据平衡常数表达式分析得K=

，故答案为：

或

。

3．有利于可持续发展的生态环境是全国文明城市评选的测评项目之一。

（1）已知反应2NO（g）+2CO（g）

N2（g）+2CO2（g）v正=k正·c2（NO）·c2（CO），v逆=k逆·c（N2）·c2（CO2）（k正、k逆为速率常数，只与温度有关）。

一定条件下进行该反应，测得CO的平衡转化率与温度、起始投料比m=

的关系如图1所示。

①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数________填“>”“<”或“=”）k逆增大的倍数。

②下列说法正确的是_______。

A投料比：

m1

B汽车排气管中的催化剂可提高NO的平衡转化率

C当投料比m＝2时，NO转化率比CO转化率小

D当体系中CO2和CO物质的量浓度之比保持不变时，反应达到平衡状态

③若在1L的密闭容器中充入1molCO和1molNO，在一定温度下达到平衡时，CO的转化率为40%，则k正︰k逆=_______（填写分数即可，不用化简）

（2）在2L密闭容器中充入2molCO和1molNO2，发生反应4CO（g）+2NO2（g）

N2（g）+4CO2（g）ΔH<0，如图2为平衡时CO2的体积分数与温度、压强的关系。

①该反应达到平衡后，为在提高反应速率同时提高NO的转化率，可采取的措施有______（填字母序号）

a增加CO的浓度b缩小容器的体积c改用高效催化剂d升高温度

②若在D点对反应容器降温的同时缩小体积至体系压强增大，达到的平衡状态可能是图中A~G点中的______点。

（3）近年来，地下水中的氮污染已成为一个世界性的环境问题。

在金属Pt、Cu和铱（Ir）的催化作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮（NO3-），其工作原理如下图所示。

若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的后果是______。

【答案】

（1）

（2）abC

（3）若Pt颗粒增多，NO3-更多转化为NH4+存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量

【解析】

（1）①据图1所示，正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则k正增大的倍数＜k逆增大的倍数；②A.由图象可知，温度一定时，增大NO浓度，CO转化率增大，即起始投料比m越大时，CO转化率越大，所以投料比：

m1＞m2＞m3，故A错误；B.催化剂只改变反应速率，不改变平衡转化率，故B错误；C.由反应计量关系可知，反应中NO、CO的变化量相同，平衡转化率α=

×100%，所以平衡转化率与起始量成反比，即投料比m=2时CO转化率是NO转化率的2倍，故C正确；D.反应正向移动时CO2浓度增大，CO浓度减小，即平衡移动过程中二者浓度比值会发生变化，所以当二者比值不变时说明反应达到平衡，故D正确；故答案为：

CD；

③若在1L的密闭容器中充入1molCO和1molNO，在一定温度下达到平衡时，CO的转化率为40%，列三段式有：

达到平衡状态时正逆反应速率相等，则k正•c2（NO）•c2（CO）=k逆•c（N2）•c2（CO2），

则

；

（2）①a.增加CO的浓度平衡正向移动，NO转化率提高，故a正确；

b.缩小容器的体积相当于增大压强平衡正向移动，NO转化率提高，故b正确；

c.改用高效催化剂，只改变化学反应速率不影响平衡移动，所以NO转化率不变，故c错误；

d.该反应焓变小于零，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，NO转化率降低，故d错误；

故选ab；

②相同压强下降低温度平衡正向移动，CO2体积分数增大，同一温度下增大压强平衡正向移动CO2体积分数增大，所以符合条件的为C；

（3）由原理的示意图可知，若导电基体上的Pt颗粒增多，则NO3-会更多的转化成铵根，不利于降低溶液中的含氮量。

4．含氮化合物是化工、能源、环保等领域的研究热点。

回答下列问题：

（1）N2O在金粉表面发生热分解反应：

2N2O（g）

2N2（g）+O2（g）∆H

己知：

4NH3（g）+3O2（g）=2N2（g）+6H2O（l）∆H1

2NH3（g）+3N2O（g）=4N2（g）+3H2O（l）∆H2

∆H=____（用含∆H1、∆H2的代数式表示）。

（2）一氧化二氮可反生2N2O（g）

2N2（g）+O2（g）。

不同温度（T），N2O分解半哀期随起始压强的变化关系如图所示（图中半衰期指任一浓度N2O消耗一半时所需的相应时间），则T1___T2（填“>”、“=”或“<”）。

当温度为T1、起始压强为P0，反应至t1min时，体系压强P=____（用P0表示）。

（3）将NH3与O2按体积比4：

5充入刚性容器中，起始体系总压强为P0kPa，分别在催化剂M、N作用下发生反应4NH3（g）+5O2（g）=4NO（g）+6H2O（g）∆H3=-905.0kJ/mol，NH3的分压（P）与时间和温度的关系如图所示：

①催化剂的催化效果：

M____N（填“强于”或“弱于”）。

②T°C时，0~12.5min内P（NH3）减小量___（填“>”、“=”或“<”）12.5~25min内P（NH3）减小量，理由为___。

（4）NaClO2是一种绿色消毒剂和漂白剂，工业上采用电解法制备NaClO2的原理如图所示。

①交换膜应选用___（填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”）。

②阳极的电极反应式为_____。

【答案】

（1）

△H2-

△H1

（2）>1.25p0

（3）弱于>反应物的浓度逐渐减小，反应速率减慢阳离子交换膜2Cl--2e-=Cl2↑

【解析】

（1）已知：

①4NH3（g）+3O2（g）=2N2（g）+6H2O

（1）△H1

②2NH3（g）+3N2O（g）=4N2（g）+3H2O

（1）△H2

盖斯定律计算（②×2-①）×

得到N2O在金粉表面发生热分解：

2N2O（g）=2N2（g）+O2（g）△H=

△H2-

△H1；

（2）温度越高，反应越快，半衰期越短，等压强p0下可以看出T2下的半衰期长因此T1大于T2；

压强之比等于物质的量之比，半衰期指的是任一浓度N2O消耗一半所需要的时间，由反应方程式可知，设起始时有2molN2O，t1时生成1molN2和0.5molO2，还剩1molN2O，故混合气体的总物质的量为（1+0.5+1）mol=2.5mol，因此在T1、p0下反应后的物质的量是起始的1.25倍，故p=1.25p0；

（3）①该反应焓变小于0，正反应为放热反应，温度越高平衡左移，氨气的平衡分压越高，所以T1>T2，据图可知在N催化剂的作用下温度较低的反应先达到平衡，说明M的催化效果弱与N的催化效果；

②随着反应进行，反应物的浓度逐渐减小，反应速率减慢，所以0~12.5min内P（NH3）减小量大于12.5~25min内P（NH3）减小量；

（4）①由ClO2→NaClO2可知，Cl的化合价降低，所以ClO2发生失去电子的氧化反应，即A电极为电解池的阴极，电极反应式为ClO2+e-=ClO2-，结合Na+生成NaClO2，所以钠离子由阳极区移向阴极区，则离子交换膜为阳离子交换膜；

②阳极区Cl-失去电子生成Cl2，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑。

5．

（一）合成氨工艺（流程如图所示）是人工固氮最重要的途径。

2018年是合成氨工业先驱哈伯（P•Haber）获得诺贝尔奖100周年。

N2和H2生成NH3的反应为：

1/2N2（g）+3/2H2（g）

NH3（g）△H（298K）=-46.2KJ•mol-1,在Fe催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态）

化学吸附：

N2（g）→2N*；H2（g）→2H*；

表面反应：

N*+H*

NH*；NH*+H*

NH2*；NH2*+H*

NH3*

脱附：

NH3*

NH3（g）

其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。

请回答：

（1）利于提高合成氨平衡产率的条件有__________。

A．低温　　　　B.高温　　　　　C.低压　　　　　D.高压　　　　E.催化剂

（2）标准平衡常数KΘ=

，其中pΘ为标准压强（1X105Pa），pNH3、pN2和pH2为各组分的平衡分压，如pNH3=xNH3p，p为平衡总压，xNH3为平衡系统中NH3的物质的量分数。

①N2和H2起始物质的量之比为1：

3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为w，则KΘ=_____________（用含w的最简式表示）

②下图中可以示意标准平衡常数KΘ随温度T变化趋势的是_______。

（3）实际生产中，常用工艺条件，Fe作催化剂，控制温度773K，压强3.0X105Pa，原料中N2和H2物质的量之比为1：

2.8。

①分析说明原料气中N2过量的理由________________________。

②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是_______。

A.合成氨反应在不同温度下的△H和△S都小于零

B.控制温度（773K）远高于室温，是为了保证尽可能的平衡转化率和快的反应速率

C.当温度、压强一定时，在原料气（N2和H2的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率

D.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行

E.分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生。

（二）高铁酸钾（K2FeO4）可用作水处理剂。

某同学通过“化学-电解法”探究的合成，其原理如图所示。

接通电源，调节电压，将一定量Cl2通入KOH溶液，然后滴入含Fe3+的溶液，控制温度，可制得K2FeO4。

（4）请写出“化学法”得到FeO42-的离子方程式___________________________。

（5）请写出阳极的电极反应式（含FeO42-）___________________________________。

【答案】

（1）AD

（2）

A

（3）原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率。

ADE

（4）2Fe3+＋3C1O-＋10OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O或2Fe（OH）3+3C1O-＋4OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O（5）Fe3++8OH—3e-=FeO42-＋4H2O或Fe（OH）3+5OH--3e-=FeO42-＋4H2O

【解析】

（一）

（1）由勒夏特列原理可知，根据反应

N2（g）＋

H2（g）

NH3（g）△H（298K）＝－46.2kJ/mol，为了提高合成氨平衡产率，即平衡正向移动，低温和高压符合条件，答案选AD；

（2）①

N2（g）＋

H2（g）

NH3（g）

起始量：

130

转化量：

3

2

平衡量：

1-

3-3

2

x（NH3）%=

；x（N2）%=

；x（H2）%=

，化简得

；

②反应1/2N2（g）＋3/2H2（g）

NH3（g）△H（298K）＝－46.2kJ/mol为放热反应，温度T升高，平衡向逆反应方向移动，K0减小，InK0也减小，InK0与温度不成正比，故答案选A；

（3）①由反应1/2N2（g）＋3/2H2（g）

NH3（g）可知，加过量氮气，有利于平衡正向移动，提高H2的转化率以及氨气的产率，同时根据题干“N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。

”可知，N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率。

②易知A选项正确；控制温度远高于室温是为了保证催化剂的活性，提高反应速率，并非为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率，B错误；恒压条件充入少量惰性气体，相当于减压，平衡逆向移动，不利于提高平衡转化率，C错误；不断将氨气液化，生成物浓度降低，有利于平衡正向移动，D正确，当选；通过天然气和水蒸气转化制得的H2，由于含有CH4，CO等易燃易爆气体，容易出现安全隐患，此外CH4，CO可能会与催化剂反应，造成催化剂活性降低，所以必须经过净化处理，E正确。

答案选ADE；

（二）（4）将一定量C12通入KOH溶液，生成KCl和KClO，KClO具有强氧化性，将Fe3+氧化为FeO42-，然后根据碱性环境，配平即可，得到2Fe3+＋3C1O-＋10OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O或2Fe（OH）3+3C1O-＋4OH-＝2FeO42-＋3Cl-＋5H2O；

（5）阳极失电子，反应物为Fe3+产物为FeO42-，然后根据碱性环境及守恒规则，易写出Fe3++8OH--3e-=FeO42-＋4H2O或Fe（OH）3+5OH--3e-=FeO42-＋4H2O。

6．清洁能源的开发、废水的处理都能体现化学学科的应用价值。

Ⅰ.工业上可利用CO2来制备清洁燃料甲醇，有关化学反应如下：

反应A：

CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（g）＋H2O（g）△H1＝－49.6kJ·mol-1

反应B：

CO2（g）＋H2

H2O（g）＋CO（g）△H2＝＋41kJ·mol-1

⑴写出用CO（g）和H2（g）合成CH3OH（g）反应的热化学方程式：

__________________。

⑵反应A可自发进行的温度条件是________（填“低温”或“高温”）。

⑶写出两个有利于提高反应A中甲醇平衡产率的条件___________。

⑷在Cu－ZnO／ZrO2催化下，CO2和H2混和气体，体积比1∶3，总物质的量amol进行反应，测得CO2转化率、CH3OH和CO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示（选择性：

转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比）。

温度对反应的影响压强对反应的影响

①由上图可知，影响产物选择性的外界条件是______。

A．温度B．压强C．催化剂

②如图中M点温度为250℃，CO2的平衡转化率为25%，该温度下反应B的平衡常数为________________（用分数表示）。

Ⅱ.实验室模拟“间接电化学氧化法”处理氨氮废水中NH4+的装置如图所示。

以硫酸铵和去离子水配制成初始的模拟废水，并以NaCl调节溶液中氯离子浓度，阳极产物将氨氮废水中的NH4+氧化成空气中的主要成分。

⑸阳极反应式为__________________________________。

⑹除去NH4+的离子反应方程式为________________________________________。

【答案】

（1）CO（g）+2H2（g）＝CH3OH（g）△H＝－90.6kJ·mol-1

（2）低温

（3）增大压强，适当降温，及时分离出产物（H2O或CH3OH）

（4）AB1/60

（5）2Cl――2e―＝Cl2↑

（6）2NH4++3Cl2＝8H++N2↑+6Cl―

【解析】Ⅰ.

（1）反应A：

CO2（g）＋3H2（g）

CH3OH（g）＋H2O（g）△H1＝－49.6kJ·mol-1，反应B：

CO2（g）＋H2

H2O（g）＋CO（g）△H2＝＋41kJ·mol-1，根据盖斯定律，将A-B得：

CO（g）+2H2（g）＝CH3OH（g）△H＝（－49.6kJ·mol-1）-（＋41kJ·mol-1）=－90.6kJ·mol-1，故答案为：

CO（g）+2H2（g）＝CH3OH（g）△H＝－90.6kJ·mol-1；

（2）对于反应CO2（g）+3H